BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Catu Daya ( Power Supply )

Catu Daya atau sering disebut dengan Power Supply adalah sebuah piranti

yang berguna sebagai sumber listrik untuk piranti lain. Catu Daya bukanlah

sebuah alat yang menghasilkan energi listrik saja, namun ada beberapa Catu Daya

yang menghasilkan energi mekanik, dan energi yang lain.

2.1.1 Macam Catu Daya

Secara garis besar, Power Supply elektrik dibagi menjadi dua macam, yaitu

Power Supply Linier dan Switching Power Supply.

2.1.1.1 Power Supply Linier

Power Supply Linier merupakan jenis power supply yang umum digunakan.

Cara kerja dari power supply ini adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan

AC lain yang lebih kecil dengan bantuan Transformator. Tegangan ini kemudian

disearahkan dengan menggunakan rangkaian penyearah tegangan, dan dibagian

akhir ditambahkan kapasitor sebagai pembantu menyearahkan tegangan sehingga

tegangan DC yang dihasilkan oleh power supply jenis ini tidak terlalu

bergelombang.

6

Selain menggunakan dioda sebagai penyearah, rangkaian lain dari jenis ini

menggunakan regulator tegangan sehingga tegangan yang dihasilkan lebih baik

daripada rangkaian yang menggunakan dioda. Power Supply jenis ini dapat

menghasilkan tegangan DC yang bervariasi antara 0 - 30 Volt dengan arus antara

0 - 5 Ampere.

2.1.1.2 Switching Power Supply

Power Supply jenis ini menggunakan metode yang berbeda dengan power

supply linier. Pada jenis ini, tegangan AC yang masuk ke dalam rangkaian

langsung disearahkan oleh rangkaian penyearah tanpa menggunakan bantuan

transformer. Cara menyearahkan tegangan tersebut adalah dengan menggunakan

frekuensi tinggi antara 10KHz hingga 1MHz, dimana frekuensi ini jauh lebih

tinggi daripada frekuensi AC yang sekitar 50Hz. Pada switching power supply

biasanya diberikan rangkaian feedback agar tegangan dan arus yang keluar dari

rangkaian ini dapat dikontrol dengan baik. Keuntungan utama dari metode ini

adalah efisiensi yang lebih besar karena switching transistor daya sedikit

berkurang ketika berada di luar daerah aktif yaitu, ketika transistor berfungsi

seperti tombol dan juga memiliki diabaikan jatuh tegangan atau arus yang dapat

diabaikan melaluinya. Keuntungan lain termasuk ukuran yang lebih kecil dan

bobot yang lebih ringan dari pengurangan transformator frekuensi rendah yang

memiliki berat yang tinggi dan panas yang dihasilkan lebih rendah karena

efisiensi yang lebih tinggi. Kerugian meliputi kompleksitas yang lebih besar,

generasi amplitudo tinggi, energi frekuensi tinggi yang low-pass filter harus blok

untuk menghindari gangguan elektromagnetik (EMI).

7

2.2 SCR ( Silicon Controlled Rectifier )

Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan alat semikonduktor empat

lapis (PNPN) yang menggunakan tiga kaki yaitu anoda (anode), katoda (cathode),

dan gerbang (gate) dalam operasinya. SCR adalah salah satu thyristor yang paling

sering digunakan dan dapat melakukan penyaklaran untuk arus yang besar.

SCR digunakan untuk mengontrol khususnya pada tegangan tinggi, karena

SCR dapat dilewatkan tegangan dari 0 sampai 220 Volt tergantung pada spesifik

dan tipe dari SCR tersebut. SCR dapat dikategorikan menurut jumlah arus yang

dapat beroperasi, yaitu SCR arus rendah dan SCR arus tinggi. SCR arus rendah

dapat bekerja dengan arus anoda kurang dari 1A. Sedangkan SCR arus tinggi

dapat menangani arus beban sampai ribuan ampere.

( a ) ( b )

Gambar 2.1. (a) Bentuk Fisik SCR, (b) Struktur SCR

8

2.2.1 Karateristik SCR ( Silicon Controlled Rectifier )

SCR tidak akan menghantar atau on, meskipun diberikan tegangan maju

sampai pada tegangan breakovernya SCR tersebut dicapai (VBRF). SCR akan

menghantar jika pada terminal gate diberi pemicuan yang berupa arus dengan

tegangan positip dan SCR akan tetap on bila arus yang mengalir pada SCR lebih

besar dari arus yang penahan (IH).

Sebuah SCR terdiri dari tiga terminal yaitu anoda, katoda, dan gate. SCR

berbeda dengan dioda rectifier biasanya. SCR dibuat dari empat buah lapis dioda.

SCR banyak digunakan pada suatu sirkuit elekronika karena lebih efisien

dibandingkan komponen lainnya terutama pada pemakaian saklar elektronik.

Pada saat Arus yang mengalir pada SCR (IT) lebih kecil dari Arus penahan

(IH), maka SCR akan off (tidak aktif) kembali. karena sumber tegangan yang

diberikan merupakan tegangan AC sehingga karateristik yang terlihat pada

osiloskop arus mengalir bolak-balik tetapi karena ada dioda sehingga arus pada

sinyal negatif menjadi terpotong. Garis putus-putus pada osiloskop artinya

menandakan bahwa SCR belum aktif atau Arus yang mengalir pada SCR (IT)

lebih kecil dari Arus penahan (IH).

2.2.2 Prinsip Kerja SCR

Pada Prinsipnya SCR bekerja jika sumber tegangan masukan yang

digunakan tegangan searah, SCR akan konduksi (ON) jika potensial pada anoda

lebih positif daripada potensial pada katoda dan pada terminal gate dialirkan arus

pulsa positif. Kondisi ON SCR ini ditentukan oleh besar arus pulsa positif pada 9

gate. Tetapi, SCR akan terus ON meskipun arus pulsa pada gate diputus. SCR

akan putus (OFF) dengan cara membuat potensial pada anoda sama dengan

katoda. Proses pengaliran arus listrik pada terminal gate ini disebut penyulutan/

pemicu (triggering), sedangkan proses pemutusan (OFF) dari kondisi ON ini

disebut komutasi (commutation).

Selanjutnya, jika sumber tegangan masukan yang digunakan tegangan

bolak-balik, SCR akan ON ketika tegangan bolak-balik pada polaritas positif dan

akan OFF pada polaritas negatif, tetapi pada terminal gate harus selalu dialirkan

arus pulsa positif. Berbeda dengan karakteristik sebelumnya, SCR akan OFF

ketika arus pulsa pada gate diputus. Hal ini berarti, arus pulsa pada gate harus

selalu dihubungkan dengan terminal gate agar rangkaian dapat bekerja

sebagaimana yang diharapkan.

Gambar 2.2: (a) simbol SCR, (b) karakteristik SCR,

(c) karakteristik ideal SCR sebagai sakelar

10

Jika SCR dalam kondisi ideal, ketika SCR dalam kondisi ON memiliki

karakteristik tegangan pada SCR sama dengan nol dan arus yang mengalir sama

dengan arus bebannya. Sebaliknya, SCR dalam kondisi OFF memiliki

karakteristik tegangan pada SCR sama dengan tegangan sumbernya dan arus yang

mengalir sama dengan nol. Dalam kondisi SCR ON dan OFF ini dapat dinyatakan

tidak terjadi kerugian daya pada SCR.

2.2.3 Jenis SCR

Adapun jenis – jenis dari SCR antara lain sebagai berikut :

1. LASCR ( Light Activated SCR ) adalah jenis SCR yang apabila

terkena sinar matahari ( cahaya yang cukup kuat ) akan menyebabkan

elektron – elektron valensi dalam SCR tersebut akan dilepaskan dari

orbit – orbit dan akan menjadi elektron – elektron bebas. Ketika

elektron – elektron ini mengalir keluar dari kolektor akan memasuki

basis transistor, maka proses regenerasi akan berlangsung sampai

LASCR menjadi tertutup.

2. SCS ( Silicon Controlled Switch ) adalah jenis SCR yang identik

dengan saklar penahan SCS menyediakan saluran kepada kedua

basisnya satu picu pratengangan maju yang diberikan kepada salah

satu basis tersebut akan menutupi SCS, begitu pula sebaliknya bila

diberi pratengangan balik maka akan membuka piranti saklar

3. GCS ( Gate – Controlled Switch ) adalah saklar yang dirancang untuk

dibuka dengan cara mudah yaitu dengan picu pratengangan balik.

11

Untuk GCS penutupan dilakukan dengan picu positif dan pembukaan

dilakukan dengan picu negatif ( atau dengan pemutusan arus rendah ).

2.3 Dioda

Dioda adalah komponen aktif yang memiliki dua kutub dan bersifat

semikonduktor. Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu

arah saja, yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah maju (forward bias). Pada

kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau

menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil. Sedangkan bila

dioda diberi catu arah terbalik (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada

kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit

mengalir. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa

pemakain saja antara lain sebagai penyearah gelombang (rectifier), disamping

kegunaan-kegunaan lainya misalnya sebagai Clipper, Clamper, pengganda

tegangan dan lain-lain. Dioda dapat dialiri arus listrik ke satu arah dan

menghambat arus dari arah sebaliknya. Dioda tidak memiliki karakter yang

sempurna, melainkan memiliki karakter yang berhubungan dengan arus dan

tegangan komplek yang tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi yang

digunakan serta parameter penggunaannya.

2.3.1 Sifat-Sifat Dioda

a. Dioda Silikon:

1. Menghantar dengan tegangan maju kira-kira 0.6 Volt

12

2. Perlawanan maju cukup kecil

3. Perlawanan terbalik sangat tinggi, dapat mencapai beberapa

Megaohm

4. Arus maju maksimum yang dibolehkan cukup besar, sampai 1000A

5. Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan cukup tinggi, dapat

mencapai 1000V

b. Dioda Germanium:

1. Menghantar dengan teganagnmaju kira-kira 0,2 Volt

2. Perlawanan maju agak besar

3. Perlawanan terbalik kurang tinggi ( kurang dari 1 M ohm)

4. Arus maju maksimum yang dibolehkan kurang besar

5. Tegangan terbalik masimum yang dibolehkan kurang tinggi.

2.3.2 Jenis dioda

2.3.2.1 Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya)

Dioda yang sering disingkat LED ini merupakan salah satu piranti

elektronik yang menggabungkan dua unsur yaitu optik dan elektronik yang

disebut juga sebagai Opteolotronic.dengan masing-masing elektrodanya berupa

anoda (+) dan katroda (-), dioda jenis ini dikategorikan berdasarkan arah bias dan

diameter cahaya yang dihasilkan, dan warna nya.

13

Gambar 2.3 Dioda Emisi Cahaya

2.3.2.2 Diode Photo (Dioda Cahaya)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, yang bekerja

pada pada daerah-daerah reverse tertentu sehingga arus cahaya tertentu saja yang

dapat melewatinya, dioda ini biasa dibuat dengan menggunakan bahan dasar

silikon dan geranium. Dioda cahaya saat ini banyak digunakan untuk alarm, pita

data berlubang yang berguna sebagai sensor, dan alat pengukur cahaya (Lux

Meter).

Gambar 2.4 Dioda Cahaya

2.3.2.3 Diode Varactor (Dioda Kapasitas)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang unik, karena dioda ini memiliki

kapasitas yang dapat berubah-ubah sesuai dengan besar kecilnya tegangan yang

diberikan kepada dioda ini, contohnya jika tegangan yang diberikan besar, maka

kapasitasnya akan menurun,berbanding terbalik jika diberikan tegangan yang

rendah akan semakin besar kapasitasnya, pembiasan dioda ini secara reverse.

14

Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai pengaturan suara pada televisi, dan

pesawat penerima radio.

Gambar 2.5 Dioda Varactor

2.3.2.4 Diode Rectifier (Dioda Penyearah)

Dioda jenis ini merupakan dioda penyearah arus atau tegangan yang

diberikan, contohnya seperti arus berlawanan (AC) disearahkan sehingga

menghasilkan arus searah (DC). Dioda jenis ini memiliki karakteristik yang

berbeda-beda sesuai dengan kapasitas tegangan yang dimiliki.

 

Gambar 2.6 Dioda Penyearahan

2.3.2.5 Diode Zener

Dioda jenis ini merupakan dioda yang memiliki kegunaan sebagai

penyelaras tegangan baik yang diterima maupun yang dikeluarkan, sesuai dengan

kapasitas dari dioda tersebut, contohnya jika dioda tersebut memiliki kapasitas 5,1

V, maka jika tegangan yang diterima lebih besar dari kapasitasnya, maka tegangan

15

yang dihasilkan akan tetap 5,1 tetapi jika tegangan yang diterima lebih kecil dari

kapasitasnya yaitu 5,1, dioda ini tetap mengeluarkan tegangan sesuai dengan

inputnya.

Gambar 2.7 Dioda Zener

2.4 Penyearah Gelombang ( Rectifier )

Penyearah / rectifier adalah pengubah sebuah tegangan arus listrik bolak-

balik (AC) menjadi arus listrik searah (DC). Komponen utama dalam penyearah

gelombang adalah diode yang dikonfiguarsikan secara forward bias. Bentuk

tegangan DC yang disearahkan tidaklah kontinyu dan mengandung hamonis.

Penyearahan merupakan prosesor daya yang memberikan tegangan keluaran DC

yang mengandung jumlah harmonis yang minimum. Pada saat yang sama,

terkadang penyearahan memiliki arus masukan sinusoidal yang sefasa dengan

tegangan masukan sehingga faktor dayanya mendekati satu. Kualitas pemrosesan

daya penyearah memerlukan arus masukan, tegangan keuaran, dan arus keluaran

dengan kandungan harmonis yang pasti. Ada beberapa macam jenis rangkaian

penyearahan dan kinerja biasanya dihitung dengan parameter – parameter sebagai

berikut :

16

Nilai rata – rata tegangan keluaran pada beban ( Vdc ), Nilai rata – rata arus

keluaran pada beban ( Idc ), dan keluaran daya dc ( Pdc ). Besar Pdc dapat dicari

dengan perhitungan sebagai berikut :

Pdc = Vdc . Idc ( watt ) ( 2.1 )

Nilai rms tegangan keluaran ( Vrms ), Nilai rms arus keluaran ( Irms ), dan

Keluaran daya ac ( Pac )

Pac ( watt ) = Vrms . Irms ( watt ) ( 2.2 )

Efisiensi ( rectification ratio ) sebuah penyearahan, yang merupakan contoh

untuk membandingkan efisiensi, yang ddefinisikan sebagai

η=PdcPac

( 2.3 )

Tegangan keluaran dapat dikatakan sebagai gabungan dua buah komponen ,

yaitu nilai dc dan komponen ac atau ripple.

Nilai efektif ( rms ) komponen ac tegangan keluaran adalah

Vac=√Vrms2−Vdc2 ( volt ) ( 2.4 )

Faktor bentuk ( form factor ) yang mengukur bentuk tegangan keluaran

adalah :

FF=VrmsVdc

( 2.5 )

17

Faktor ripple ( ripple factor ) yang mengukur kandungan ripple,

didefinisikan sebagai

RF=VacVdc

( 2.6 )

Dengan mensubstitusikan persamaan diatas maka faktor ripple dapat

dinyatakan sebagai

RF=√(VrmsVdc )

2

−1=√FF2−1 ( 2.7 )

Faktor kegunaan trafo ( transformer utilization factor ) didefinisikan

TUF=Pdc

V s I s( 2.8 )

Pada rangkaian penyearahan dapat dibedakan menjadi penyearahan

setengah gelombang satu fasa, penyearahan gelombang penuh satu fasa,

penyearahan bintang fasa banyak, dan jembatan penyearahan tiga fasa. Pada

bentuk penyearahan tersebut tidak dipakai dalam dunia industri, melaikan

digunakan sebagai pemahaman prinsip dari penyearahan.

2.5 Penyearah satu fasa setengah gelombang

Pada penyearah satu fasa setengah gelombang hanya menggunakan 1 buah

diode sebagai komponen utama dalam menyearahkan gelombang AC. Prinsip

kerja dari penyearah setengah gelombang ini adalah mengambil sisi sinyal positif

18

dari gelombang AC dari transformator. Pada saat transformator memberikan

output sisi positif dari gelombang AC maka diode dalam keadaan forward bias

sehingga sisi positif dari gelombang AC tersebut dilewatkan dan pada saat

transformator memberikan sinyal sisi negatif gelombang AC maka dioda dalam

posisi reverse bias, sehingga sinyal sisi negatif tegangan AC tersebut ditahan atau

tidak dilewatkan seperti terlihat pada gambar sinyal output penyearah setengah

gelombang.

Gambar 2.8 Diagram rangkaian

Gambar 2.9 Bentuk gelombang

Formulasi yang digunakan pada penyearah setengah gelombang sebagai berikut.

V avg=VmπR

( Volt ) ( 2.9 )

2.6 Penyearah satu fasa gelombang penuh

19

Penyearah gelombang dengan 2 diode menggunakan tranformator dengan

CT (Center Tap).  Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 diode dapat

dilihat pada gambar berikut : Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh

dengan 2 dioda ini dapat bekerja karena menggunakan transformator dengan CT.

Transformator dengan CT seperti pada gambar diatas dapat memberikan output

tegangan AC pada kedua terminal output sekunder terhadap terminal CT dengan

level tegangan yang berbeda fasa 180°.

Pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak

positif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak negatif, pada

kondisi ini D1 pada posisi forward dan D2 pada posisi reverse. Sehingga sisi

puncak positif dilewatkan melalui D1. Kemnudian pada saat terminal output

transformator pada D1 memberikan sinyal puncak negatif  maka terminal output

pada D2 memberikan sinyal puncak positif, pada kondisi ini D1 posisi reverse dan

D2 pada posisi forward. Sehingga sinyal puncak positif dilewatkan melalui D2.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar output penyearah gelombang

penuh berikut. Formulasi pada penyearah gelombang penuh sebagai berikut. 

Gambar 2.10 Gambar diagram

20

Gambar 2.11 Bentuk gelombang

Formulasi pada penyearah gelombang penuh sebagai berikut. 

Vavg=2 Vmπ

(Volt) ( 2.10 )

2.7 Konverter

2.7.1 Pengertian Konverter

Penyearah fasa-terkontrol {phase-controlled) adalah merupakan penyearah

yang sederhana dan murah, efisiensi penyearah ini secara umum berada diatas

95%. Karena penyearah ini mengkonversikan tegangan ac ke dc, penyearah ini

dikenal sebagai konverter ac ke dc (ac-to-dc converter) dan banyak digunakan

dalam alpikasi industri terutama pada penggerak listrik dengan kecepatan variabel

(variable-speed drives), yang mencakup level daya hingga megawatt. Konverter

dengan fasa terkontrol dapat diklasifikasikan pada dua tipe, bergantung pada

suplai masukan : (1) konverter satu fasa, dan (2) konverter tiga fasa. Setiap tipe

21

dapat dibagi lagi menjadi (a) semikonverter (semiconverter), (b) konverter penuh

(full konverter), (c) konverter ganda (dual konverter). Semikonverter merupakan

konverter satu kuadran dan hanya memiliki satu polaritas tegangan dan arus

keluaran. Konverter penuh merupakan konverter dua kuadran yang dapat memilki

tegangan keluaran baik positif dan negatif, akan tetapi keluran arusnya hanya

dapat berharga positif. Konveter ganda akan beroperasi pada empat kuadran yang

akan dapat menghasilkan tegangan dan arus keluaran berharga positif maupun

negatif. Pada banyak aplikasi, konverter-konverter dihubungkan secara sen agar

dapat beropersi pada tegangan yang lebih tinggi serta meningkatkan faktor daya.

Metode deret Fourier yang sama dengan penyearah diode dapat diaplikasikan

untuk menganalisis kineija dari konverter dengan fasa terkontrol dengan beban

RL. Akan tetapi untuk menyederhanakan analisa, beban induktif yang ada dapat

diasumsikan cukup tinggi sehingga arus beban akan bersifat kontinyu dan

memilki ripple yang diabaikan.

2.7.2 Konverter setengah gelombang tiga fasa

Konverter tiga fasa memberikan tegangan keluaran rata-rata yang lebih

tinggi, dan frekuensi riplle pada tegangan keluaran lebih tinggi dibandingkan

dengan konverter satu fasa. Sehingga kebutuhan akan filter untuk memperhalus

tegangan dan arus beban lebih sederhana. Atas dasar alasan tersebut, maka

konverter tiga fasa banyak digunakan pada aplikasi penggerak elektrik kecepatan

variabel daya tinggi. Bentuk konverter setengah gelombang tiga fasa seperti yang

ditunjukkan gambar 2.12a.

22

(a) (b)

(c)

Gambar 2.12 (a) Konverter setengah gelombang tiga fasa, (b) Quadran, (c)

beban induktif

Ketika thyristor Ti dinyalakan pada ωt - π/6 + a, tegangan fasa Van akan

muncul I pada beban hingga thyristor T2 dinyalakan pada ωt = 5π/6 + a. Ketika

23

thyristor T2 I dinyalakan, thyristor T, terbias balik, karena tegangan saluran (,line-

to-line), Vab (= Van - Vbn) negatif sehingga T, padam. Tegangan fasa vbn akan

muncul di bebanI hingga T3 dinyalakan pada ωt = 3π/2 + a. Ketika thyristor T3

dinyalakan, T2 padam dan Vcn„ akan muncul pada beban hingga Ti dinyalakan

kembali pada awal siklus berikutnya. Gambar 2.12b menunjukkan karakteristik V

- I beban dan dua - kuadran operasi konverter. Gambar 2.12c menunjukkan

tegangan masukan, tegangan keluaran, dan arus yang melalui thyristor Ti untuk

beban induktif yang sangat tinggi. Untuk beban resistif dan a>π/6, arus beban

akan tidak kontinyu dan setiap thyristor akan komutasi-sendiri (seif-commutated)

ketika polaritas tegangan fasa-nya terbalik. Konverter ini jarang digunikan pada

sistem praktis, karena arus sumber mengandung komponcn dc.

2.7.3 Semikonverter tiga fasa

Semikonverter tiga fasa digunakan dalam aplikasi industri hingga tingkat

daya 120 kW, dimana diperlukan operasi satu-kuadran. Faktor daya konverter ini

akan menurun dengan naiknya sudut penyalaan, akan tetapi akan lebih baik dari

pada konverter setengah gelombang tiga fasa. Gambar 2.13a menunjukkan

semikonverter tiga fasa dengan beban induktif yang tinggi dan arus beban

mempunyai kandungan ripple yang diabaikan. Gambar 2.13b menunjukkan

bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran, arus masukan, dan arus

yang melalui thyristor dan diode.

24

Frekuensi tegangan keluaran adalah 3fs. Sudut penyalaan a dapat diatur dari

0 hingga π. Selama periode π/6 < ωt < 7π/6, thyristor T1 terbias maju. Jika T1

dinyalakan pada ωt (π/6+α), T1 dan D1 akan konduksi dan tegangan saluran vac

akan muncul pada beban. Pada ωt = 7πJ6, Vac akan mulai negatif dan

freewheeling diode Dm konduksi, sehingga arus beban kontinyu mengalir melalui

Dm dan T1 dan D1 menjadi padam.

Bila tidak dipasangkan freewheeling diode Dm, T1 akan terus konduksi

hingga thyristor T2 dinyalakan pada ωt = 5π/6+α dan aksi freewheeling diode

akan digantikan melalui Tj dan D2. Bila a < π/3, masing-masing thyristor

konduksi pada 2π/3 dan freewheeling diode Dm tidak konduksi. Bentuk

gelombang semikonverter tiga fasa dengan α < π/3 ditunjukkan dalam gambar

2.13b. Bila didefinisikan tiga tegangan fasa (line-neutral) sebagai berikut:

Van=Vm sin ωt ( Volt )

Vbn=Vmsin (ωt−2 π3

) ( Volt )

Vcn=Vm sin(ωt+ 2 π3

) ( Volt ) ( 2.11 )

Tegangan saluran ( line to line ) adalah

Vac=Van−Vcn=√3 Vmsin(ωt−π6) ( Volt )

Vbc=Vbn−Van=√3 Vmsin (ωt−5 π6

) ( Volt ) ( 2.12 )

25

Gambar 2.13 Semikonverter tiga fasa

26

2.7.4 Konverter gelombang penuh tiga fasa

Konverter tiga fasa banyak digunakan dalam aplikasi industri pada tingkatan

daya hingga 120 kW, dimana diperlukan operasi dua-kuadran. Gambar 3-14a

menunjukkan rangkaian konverter penuh dengan beban indukstif yang sangat

tinggi. Rangkaian ini dikenal sebagai jembatan tiga fasa. Thyristor dinyalakan

pada interval π/3. Frekuensi ripple tegangan keluaran adalah 6fs dan filter yang

diperlukan lebih sederhana dari pada filter yang digunakan pada konverter semi

dan setengah gelombang tiga fasa Pada ωt = π/6+a, thyristor T6 telah konduksi

dan thyristor T1 dinyalakan. Selama interval (π/6 + a) ≤ ωt ≤ (π/2 + a), thyristor

T1 dan T6 konduksi dan tegangan saluran Vab ( = Vun – Vbn ) akan muncul pada

beban. Pada ωt = π/2 + a, thyristor T2 dinyalakan dan kemudian segera thyristor

T6 terbias balik. Thyristor T6 pada akibat komutasi alamiah. Selama interval (π/2

+ a) < ωt < (5π/6 + a), thyristor T1 dan T2 konduksi dan tegangan saluarn Vao

muncul pada beban. Bila thyristor diberi nomor seperti pada gambar 2.14a, maka

urutan penyalaannya adalah 12, 23, 34, 45, 56, dan 61. Gambar 2.14b

menunjukkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran, arus

masukan, dan arus-arus yang melalui thyristor. Bila tegangan fasa didefinisikan

Van=Vm sin ωt ( Volt )

Vbn=Vmsin (ωt−2 π3

) ( Volt )

Vcn=Vm sin(ωt+ 2 π3

) ( Volt ) ( 2.13 )

27

Tegangan saluran yang bersesuaian adalah

Vac=Van−Vcn=√3 Vmsin(ωt+ π6) ( Volt )

Vbc=Vbn−Van=√3 Vmsin (ωt− π2) ( Volt )

Vcb=Vcn−Van=√3Vmsin(ωt+ π2) ( Volt ) ( 2.14 )

Tegangan keluaran rata – rata diperoleh dari

Vaverage=3√3Vmπ

cos α ( Volt ) ( 2.15 )

28

Gambar 2.14 Konverter penuh tiga fasa

Tegangan keluaran rata – rata maksimum untuk sudut penyalaan α = 0

adalah

Vdm=3 √3 Vmπ

( Volt )

( 2.16 )

Dan tegangan keluaran ternormalisasi adalah

Vn= VdcVdm

=cos α ( Volt ) ( 2.17 )

Gambar 3-14b menunjukkan bentuk gelombang pada a = n/3. Untuk a > n/3,

tegangan keluaran sesaat v0 akan memiliki bagian negatif. Karena arus yang

melalui thyristor tidak dapat negatif, maka arus beban akan selalu positif.

Akibatnya dengan beban resistif, tegangan sesaat tidak dapat negatif, dan

konverter penuh akan berperilaku seperti semikonverter. Konverter jembatan tiga

fasa membrikan tegangan keluaran enam-pulsa (six-pulse) Untuk aplikasi daya

yang tinggi seperti padatransmisi day a dc tegangan tinggi dan penggerak motor

dc, keluaran yang 12-pulsa pada umumnya diperlukan untuk mengurangi ripple

keluaran dan untuk menaikkan frekuensi ripple.. Dua konverter jembatan 6-pulsa

dapat dikombinasikan baik seri maupun paralel untuk memperoleh keluaran 12-

pulsa. Dua konfigurasi ditunjukkan pada gambar 2.14. Pergeseran fasa 30° antara

29

belitan-belitan sekunder dapat diperoleh dengan menghubungkan satu beliatan

sekunder terhubung bintang (Y) dan yang lain terhubung segitiga (A).

2.8 Regulator Tegangan

Regulator tegangan adalah bagian power supply yang berfungsi untuk

memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Output tegangan DC dari

penyearah tanpa regulator mempunyai kecenderungan berubah harganya saat

dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan

penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power supply. Pada sebagian

peralatan elektronika, terjadinya perubahan catu daya akan berakibat cukup serius.

Untuk mendapatkan pencatu daya yang stabil diperlukan regulator tegangan.

Regulator tegangan untuk suatu power supply paling sederhana adalah

menggunakan dioda zener. Rangkaian dasar penggunaan dioda zener sebagai

regulator tegangan dapat dilihat pada gambar rangkaian dibawah.

Gambar 2.15 Rangkaian dasar penggunaan dioda zener sebagai regulator tegangan

Rangkaian pencatu daya (power supply) dengan regulator diode zener pada

gambar rangkaian diatas, merupakan contoh sederhana cara pemasangan regulator

tegangan dengan dioda zener. Diode zener dipasang paralel atau shunt dengan L

dan R . Regulator ini hanya memerlukan sebuah diode zener terhubung seri

30

dengan resistor RS . Perhatikan bahwa diode zener dipasang dalam posisi reverse

bias. Dengan cara pemasangan ini, diode zener hanya akan berkonduksi saat

tegangan reverse bias mencapai tegangan breakdown dioda zener. Penyearah

berupa rangkaian diode tipe jembatan (bridge) dengan proses penyaringan atau

filter berupa filter-RC. Resistor seri pada rangkaian ini berfungsi ganda. Pertama,

resistor ini menghubungkan C1 dan C2 sebagai rangkaian filter. Kedua, resistor

ini berfungsi sebagai resistor seri untuk regulator tegangan (dioda zener). Diode

zener yang dipasang dapat dengan sembarang dioda zener dengan tegangan

breakdown misal dioda zener 9 volt. Tegangan output transformer harus lebih

tinggi dari tegangan breakdown dioda zener, misalnya untuk penggunaan dioda

zener 9 volt maka gunakan output transformer 12 volt. Tegangan breakdown

dioda zener biasanya tertulis pada body dari dioda tersebut.

2.9 IC Ne555

Pada dasarnya aplikasi utama IC NE555 ini digunakan sebagai Timer

(Pewaktu) dengan operasi rangkaian monostable dan Pulse Generator

(Pembangkit Pulsa) dengan operasi rangkaian astable. Selain itu, dapat juga

digunakan sebagai Time Delay Generator dan Sequential Timin. Dalam aplikasi

rangkaiannya, IC timer 555 mempunyai 3 mode operasi dasar, yaitu :

a Monostable

Output rangkaian monostable hanya berupa satu pulsa (HIGH) saja,

yaitu saat input sinyal yang diumpankan pada pin trigger berubah dari 31

kondisi HIGH ke LOW. Rangkaian monostable juga biasa disebut dengan

rangkaian one-shoot.

b Astable

Output rangkaian astable berupa gelombang kotak yang berosilasi pada

frekuensi dan periode tertentu, tergantung dari komponen RC yang

digunakan.

c Bistable

Output rangkaian bistable mempunyai 2 kondisi output yang

dipengaruhi oleh input pada pin trigger dan reset. Atau dapat dikatakan,

output rangkaian bistable serupa dengan output rangkaian astable yang

dioperasikan secara manual tanpa menggunakan komponen RC sebagai

pengatur pewaktuan (timing). Untuk mengetahui fungsi-fungsi pin/kaki IC

555 ,dapat dilihat seperti yang ditunjukkan pada susunan pin dan blok

diagram IC 555 berikut,

Gambar 2.16 Karakteristik kaki IC NE555

32

Sedangkan untuk mengetahui cara kerja dan detail struktur fisik IC NE555

ini bisa dilihat dari rangkaian/komponen internalnya,

Gambar 2.17. Struktur fisik IC NE555

Pada diagram blok di atas, internal IC NE555 yang kecil ini terdiri dari: 2

buah komparator (Pembanding tegangan), 3 buah Resistor sebagai pembagi

tengangan, 2 buah Transistor (dalam praktek dan analisis kerjanya, transistor yang

terhubung pada pin 4 biasanya langsung dihubungkan ke Vcc), 1 buah Flip-flop

S-R yang akan mengatur output pada keadaan logika tertentu, dan 1 buah inverter.

Spesifikasi ini merupakan tipe NE555. Pewaktu 555 lainnya mungkin memiliki

spesifikasi yang berbeda, tergantung tingkat penggunaannya,

Tabel 2.1. Spesifikasi IC NE555

Tegangan catu (VCC) 4.5 hingga 15 V

Arus catu (VCC = +5 V) 3 hingga 6 mA

Arus catu (VCC = +15 V) 10 hingga 15 mA

Arus keluaran maksimum 200 mA

Borosan daya maksimum 600 mW

Suhu kerja 0 to 70 °C

2.10 IC 4017

33

IC 4017 adalah jenis IC dari keluarga IC CMOS (Complentary Metal Oxide

Semiconductor). IC 4017 yang merupakan IC Decade Counter yang keluarannya

bernilai logika 1 high, secara bergantian pada kaki outputnya dengan jangka

waktu sesuai dengan timer / clock yang masuk ke dalam IC tersebut, sebagai

pembangkit clock kita gunakan rangkaian timer astable.IC ini sebagai IC

pencacah dengan 10 output. IC menghasilkan 10 output dari Q0 sampai Q9, yang

masing – masing terdapat dalam 1 pin. Pada setiap pencacahan hanya satu

keluaran yang berlogika 1, kesembilan keluaran lainnya berlogika 0. Jadi setiap

keluaran hanya ada 1 keluaran yang berlogika 1, dan yang lainnya berlogika 0.

Gambar 2.18 Data Sheet IC 4017

Standar suplai untuk IC 4017 adalah sesuai standar catu untuk IC logika

CMOS :IC ini dapat bekerja pada tegangan DC 3Volt sampai dengan 15 Volt,

dengan kebutuhan arus sampai beberapa μA. Keluaran berlogika tinggi sesuai

urutan (output 0 - output 9). Pergeseran logika tinggi pada output berdasarkan

masukan clock pada pin 14. Semakin tinggi frekuensi clock, semakin cepat

pergeseran logika pada pin - pin output. Clock diaktifkan dengan memberikan

logika rendah pada pin ENABLE (pin 13). Jika pin ENABLE mendapat logika

34

tinggi, pergeseran logika pada output akan berhenti (pause). Pin RESET berfungsi

membuat pergeseran logika pada output dimulai lagi dari output 0. Jika pin

RESET diberi logika tinggi, logika tinggi akan muncul pada output 0, sedangkan

output lain berlogika rendah. Pin RESET akan nonaktif jika diberi logika rendah.

Terakhir, ada pin CARRY OUT yang terletak pada pin 12 yang selalu berlogika 1

saat pencacahan dari Q0 sampai Q4, dan akan berlogika 0 saat Q5 sampai Q9.

Gambar 2.19. Bentuk Gelombang IC 4017

2.11 Transistor

Pengertian transistor adalah komponen elektronika yang terbuat dari bahan

semikonduktor dan mempunyai tiga elektroda (triode) yaitu dasar (basis),

pengumpul (kolektor) dan pemancar (emitor). Dengan ketiga elektroda (terminal)

35

tersebut, tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus

yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya.

Pengertian transistor berasal dari perpaduan dua kata, yakni “transfer” yang

artinya pemindahan dan “resistor” yang berarti penghambat. Dengan demikian

transistor dapat diartikan sebagai suatu pemindahan atau peralihan bahan setengah

penghantar menjadi penghantar pada suhu atau keadaan tertentu.

Gambar 2.20 Jenis-jenis Transistor dari Fungsi Transistor

Transistor ditemukan pertama kali oleh William Shockley, John Barden,

dan W. H Brattain pada tahun 1948. Mulai dipakai secara nyata dalam praktik

mereka pada tahun 1958. Transistor termasuk komponen semi konduktor yang

bersifat menghantar dan menahan arus listrik.Ada 2 jenis transistor yaitu transistor

tipe P – N – P dan transistor jenis N – P – N. Transistor NPN adalah transistor

positif dimana transistor dapat bekerja mengalirkan arus listrik apabila basis

dialiri tegangan arus positif. Sedangkan transistor PNP adalah transistor

negatif,dapat bekerja mengalirkan arus apabila basis dialiri tegangan negatif.

36

Fungsi transistor sangatlah besar dan mempunyai peranan penting untuk

memperoleh kinerja yang baik bagi sebuah rangkaian elektronika. Dalam dunia

elektronika, fungsi transistor ini adalah sebagai berikut:

Sebagai sebuah penguat (amplifier).

Sirkuit pemutus dan penyambung (switching).

Stabilisasi tegangan (stabilisator).

Sebagai perata arus.

Menahan sebagian arus.

Menguatkan arus.

Membangkitkan frekuensi rendah maupun tinggi.

Modulasi sinyal dan berbagai fungsi lainnya.

Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat).

Rangkaian analog ini meliputi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat

sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai

saklar berkecepatan tinggi. Beberapa diantara transistor dapat juga dirangkai

sedemikian rupa sehingga fungsi transistor menjadi sebagai logic gate, memori,

dan komponen-komponen lainnya.

2.12 Mosfet ( Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor )

37

Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET) adalah suatu jenis FET yang

mempunyai satu Drain, satu Source dan satu atau dua Gate. MOSFET

mempunyai input impedance yang sangat tinggi. Mengingat harga yang cukup

tinggi, maka MOSFET hanya digunakan pada bagian bagian yang benar-benar

memerlukannya. Penggunaannya misalnya sebagai RF amplifier pada receiver

untuk memperoleh amplifikasi yang tinggi dengan desah yang rendah.

MOSFET (Metal oxide FET) memiliki drain, source dan gate. Namun

perbedaannya gate terisolasi oleh suatu bahan oksida. Gate sendiri terbuat dari

bahan metal seperti aluminium. Oleh karena itulah transistor ini dinamakan metal-

oxide. Karena gate yang terisolasi, sering jenis transistor ini disebut juga IGFET

yaitu insulated-gate FET.

Dalam pengemasan dan perakitan dengan menggunakan MOSFET perlu

diperhatiakan bahwa komponen ini tidak tahan terhadap elektrostatik,

mengemasnya menggunakan kertas timah, pematriannya menggunakan jenis

solder yang khusus untuk pematrian MOSFET. Seperti halnya pada FET, terdapat

dua macam MOSFET ialah Kanal P dan  Kanal N.

Gambar 2.21 Simbol Mosfet

38

2.13 Hukum Ohm

Tegangan yang melintas berbagai jenis bahan penghantar adalah

sebanding lurus dengan arus yang mengalir beban tersebut

V = I . R

P = V . I

Dimana :

V = tegangan ( Volt )

I = Arus ( Ampere )

R = Tahanan ( Ω )

P = Daya ( watt )

Dimana konstanta perbandingan R dinamai resistansi ( tahanan ). Satuan

tahanan adalah ohm, yang sama dengan I V/A dan biasanya disingkat dengan

huruh omega besar , Ω.

Jika persamaan ini digambarkan pada sumbu – sumbu V terhadap , maka

diperoleh sebuah garis lurus yang melalui titik pusat koordinat. Persamaan

tersebut adalah linier, dan kita akan mengambilnya sebagai definisi tahanan linier.

Jadi , jika perbandingan ( ratio ) di antara arus dan tegangan dari suatu elemen

39

rangkaian sederhana adalah sebuah konstanta, maka elemen tersebut adalah

sebuah tahanan linier yang mempunyai tahanan yang sama dengan ratio

( perbandingan ) tegangan terhadap arus.

Daya yang diserap timbul sebagai panas dan nilainya selalu positif, sebuah

tahanan adalah elemen pasif, yang tida bisa menyearahkan daya atau menyimpan

energi. Daya dapat di nyatakan sebagai :

P = I . V

P = I2 . R

Atau , P = V2 / R

Dimana :

P = Daya ( watt )

V = Tegangan ( Volt )

I = Arus ( Ampere )

R = Tahanan ( ohm )

Resistansi dapat digunakan sebagai dasar untuk mendefinisikan dua istilah

yang umum digunakan, yakni sebagai hubungan pendek ( short circuit ), dan

rangkaian terbuka ( Open Circuit ).

2.14 Hukum Arus Kirchoff ( Kirchoff Current Law )

40

Jumlah aljabar semua arus yang memasuki sebuah simpul adalah nol.

Simpul adalah sebuah titik dimana dua atau lebih elemen mempunyai hubungan

bersama.

Ia = Ib – Ic + Id = 0

Atau

-Ia + Ib + Ic – Id = 0

Hubungan dua elemen rangkaian atau lebih menghasilkan sebuah titik

sambungan yang disebut simpul ( node ). Sebuah titik sambungan dua elemen

adalah sebuah simpul sederhana ( simple node ); titik sambung empat elemen atau

lebih adalah simpul utama ( Principal node ). Hukum arus kirchoff’s current law.

Hukum ini menyatakan bahwa setiap simpul ( utama atau bukan ) jumlah arus

yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar.

2.15 Hukum Tegangan Kirchoff ( Kirchoff Voltage Law )

Jumlah aljabar seluruh tegangan mengelilingi sebuah jalan tertutup dalam

sebuah rangkaian adalah nol.

-Va + VR1 + VR2 = 0 atau ΣVn = 0

Untuk setiap lintasan tertutup dalam sebuah jaringan yang diikuti ( dilintasi )

dalam satu arah tunggal, hukum tegangan kirchoff ( Kirchoff’s Voltage Law )

menyatakan bahwa jumlah aljabar dari tegangan – tegangan adalah nol. Sebagai

dari tegangan tersebut mungkin adalah sumber tegangan , sedangkan yang lainya

41

Ia Ib

IdIc

diakibatkan oleh elemen – elemen pasif. Pada rangkaian resistif arus searah

( DC ), tegangan terakhir ini adalah dalam bentuk V = I.R. Daklam melintasi lup (

Loop ), jika sebuah elemen dimasuki pada ujung potensial yang negatif, maka

dalam penjumlahannya tegangan diambil negatif.

42